Så här uppdaterar du blitz på Windows 10. Minsta systemkrav
DEFINITION
Absorption processen för absorption av ett ämne (sorbat) med ett annat ämne (sorbent) kallas.
Absorption av gaser eller ångor av vätskor används oftast inom teknik. Absorptionsprocessen är reversibel och selektiv. Inga kemiska reaktioner sker vid fysisk absorption. Det finns också kemisorption.
Absorptionsprocessen åtföljs av en ökning av absorbentens massa och volym, liksom dess andra förändringar. fysiska parametrar... Det är till och med möjligt att ändra aggregationstillståndet.
Absorption skiljer sig från adsorption genom att i det första fallet sker absorption i hela volymen av sorbenten.
Anledningen till absorption är den ömsesidiga attraktionen för molekylerna i absorbenten och de absorberande ämnena.
Definition
I enlighet med Daltons lag, om en blandning av gaser löser sig i en vätska, löses varje komponent i blandningen i proportion till dess partiella tryck, oavsett resten av gaserna. Absorptionskoefficienten är graden av upplösning av en gas i en vätska. Det finns flera absorptionskoefficienter: Bunsen, Van Slike, Oswald. Bunsen -koefficienten är den vanligaste.
DEFINITION
Gasabsorptionskoefficient(enligt Busen) i en vätska vid en temperatur som är lika med gasvolymen, som mäts under normala förhållanden (Pa), absorberas av en enhet volym vätska, när gastrycket över vätskan är 1 atm. Det betecknas ofta med bokstaven
Absorptionskoefficienterna för gaser med vatten finns med hjälp av formeln:
var är gastemperaturen; ,, Är konstanta koefficienter, för varje gas sin egen och kan variera beroende på temperaturen.
Så, absorptionskoefficienten enligt Bunsen för absorptionen: vatten är lika med syre, vatten är kväve; koldioxidvatten
Oswalds absorptionskoefficient (löslighetskoefficient) vid temperatur t o С och partialtryck av gas över vätska vid jämvikt p atm. är lika med volymen gas, som mäts utan reducering till normala förhållanden, upplöst i en volym enhet vätska. Det betecknas ofta med en bokstav.
Processen och resultatet av absorption av gaser med vätskor beror på typen av gas och vätska, gastryck och temperatur. Det finns en lag som heter Henrys lag, enligt vilken koncentrationen av en gas (c) som är upplöst i en vätska är relaterad till tryck (p) med hjälp av formeln:
där, om koncentrationen uttrycks i termer av gasvolymen, som normaliseras och löses i en vätskevolym, trycket anges i atmosfärer. Det vill säga det numeriska värdet för koefficienten k beror på de enheter i vilka trycket och koncentrationen uttrycks. Med andra ord är lösligheten för en given gas i en vätska vid en konstant temperatur direkt proportionell mot dess tryck i gasfasen. Henrys lag används för gaser med låg löslighet.
Absorptionsförhållandenheter
Absorptionskoefficienten är dimensionslös.
Exempel på problemlösning
EXEMPEL 1
| Träning | Absorptionskoefficienten enligt Oswald för i vatten vid lika. Vilken massa koldioxid löser sig i 1 liter vatten vid samma temperatur och tryck på 4 atm. |
| Lösning | 1,8 koldioxid löses upp i 1 liter vatten vid ett tryck av en atmosfär. Vid ett tryck på 4 atmosfärer kommer 1,8 liter också att lösas upp, men de har ett tryck på 1 atm. kommer att uppta en volym som är lika med:
Under normala förhållanden upptar en gramol en volym på 22,4 liter och har en massa på 44 g. Därför har en volym koldioxid lika med 7,2 liter en massa:
|
| Svar | m = 14,2 g |
(l)
(G)EXEMPEL 2
| Träning | Det finns en blandning av syre och koldioxid i tanken ovanför vattnet (bild 1). Blandningen innehåller 75% syre (i volym). Vad är sammansättningen av gasblandningen löst i vatten vid, om absorptionskoefficienterna för dessa gaser enligt Oswald är lika: och? |
Introduktion
Per senaste åren relevansen för detta ämne har växt betydligt inom den kemiska industrin, eftersom absorptionsprocessen i den kemiska industrin kan fungera som en reningsutrustning för att avlägsna föroreningar i gasblandningar, vilket eliminerar stora förluster av värdefullt material.
Syftet med detta arbete: att studera absorptionsprocesserna och bekanta sig med den utrustning som absorptionsprocesserna äger rum i.
Arbetsuppgift: analys av utrustning för att identifiera parametrar som kan påverka valet av absorberare med hjälp av processens materialbalans.
Absorptionsprocess
Absorption är processen för gasabsorption av en vätskeabsorberare, i vilken gasen är löslig i en eller annan grad. Den omvända processen - separation av upplöst gas från lösning - kallas desorption.
I absorptionsprocesser (absorption, desorption) är två faser inblandade - vätska och gas, och ämnet passerar från gasfasen till vätskan (under absorptionen) eller omvänt från vätskefasen till gasen (under desorptionen). Således är absorptionsprocesser en av de typer av massöverföringsprocesser.
Industriell utförande av absorption kan kombineras med desorption eller inte. Om ingen desorption utförs används absorbatorn en gång. I det här fallet, som ett resultat av absorption, en färdig produkt, en mellanprodukt, eller, om absorption utförs för sanitär rengöring av gaser, erhålls en avfallslösning, som dräneras (efter neutralisering) i avloppet .
Kombinationen av absorption med desorption gör det möjligt att återanvända absorbatorn och isolera den absorberade komponenten i sin rena form. För detta skickas lösningen efter absorbatorn till desorption, där komponenten släpps och den regenererade (frigjorda från komponenten) lösningen återförs till absorption igen. Med ett sådant schema (cirkulär process) förbrukas inte absorbatorn, förutom några av dess förluster, och hela tiden cirkulerar genom absorber - desorber - absorbersystemet.
I vissa fall (i närvaro av en lågvärdesabsorberare) överges multipel användning av absorbatorn under desorptionsprocessen. Därefter släpps absorberaren som återskapas i stripparen ut i avloppet, och en ny absorberare matas in i absorbatorn.
Absorberare, där absorption åtföljs av en irreversibel kemisk reaktion, kan inte regenereras genom desorption. Regenerering av sådana absorberare kan göras med en kemisk metod.
Absorberare
Apparater i vilka absorptionsprocesser utförs kallas absorberare.
Under absorptionsprocesser sker massöverföring på fasernas kontaktyta. Därför måste absorptionsanordningar ha en utvecklad kontaktyta mellan gas och vätska. Baserat på detta kan absorptionsanordningar delas in i följande grupper:
a) Ytabsorberare, där kontaktytan mellan faserna är en flytande spegel (själva ytabsorbenterna) eller ytan på en flytande film (filmabsorberare). Packade absorberare, i vilka vätska strömmar över förpackningens yta som laddas in i absorbatorn från kroppar av olika former (ringar, klumpigt material, etc.), och mekaniska filmabsorberare tillhör samma grupp. För ytabsorberare bestäms kontaktytan i viss utsträckning av absorberelementens geometriska yta (till exempel packning), även om den i många fall inte är lika med den.
b) Bubbeldämpare, i vilka kontaktytan utvecklas av gasflöden. fördelas i vätskan i form av bubblor och strömmar. Sådan rörelse av gas (bubblande) utförs genom att passera den genom en vätskefylld apparat (kontinuerlig bubblande) eller i kolonntypsapparater med lock, sikt eller fack. En liknande karaktär av växelverkan mellan gas och vätska observeras också i packade absorberare med översvämmade förpackningar. Denna grupp inkluderar också bubblande absorberare med vätskeblandning med mekaniska omrörare. I bubblande absorberare bestäms kontaktytan av den hydrodynamiska regimen (gas- och vätskeflödeshastigheter).
Fackkolumner med dräneringsanordningar. I dessa kolumner utförs överflödet av vätska från brickan till brickan med hjälp av speciella anordningar - dräneringsrör, fickor etc. De nedre ändarna av rören sänks ner i glaset på de nedre brickorna och bildar hydrauliska tätningar som utesluter risk för gas som passerar genom dräneringsanordningen.
Ris. 1 - en skivformad kolonn med dräneringsanordningar: 1 - en tallrik; 2 - dräneringsanordningar
Principen för användning av kolumner av denna typ kan ses från fig. 1, där en absorbator med perforerade brickor visas som ett exempel. Vätskan kommer in i den övre brickan 1, släpps ut från brickan till brickan genom överflödesanordningarna 2 och avlägsnas från kolonnens botten. Gas kommer in i apparatens botten och passerar i följd genom hålen eller locken på varje bricka. I detta fall fördelas gasen i form av bubblor och strålar i vätskeskiktet på brickan och bildar ett skumskikt på det, vilket är huvudområdet för massöverföring och värmeöverföring på brickan. Avgaser avlägsnas från toppen av kolonnen.
Överflödesrören placeras på brickorna på ett sådant sätt att vätskan på intilliggande brickor flyter i motsatt riktning. På senare tid har dräneringsanordningar i form av segment skurna i en platta och begränsats av en tröskel - ett överflöde - allt mer använts.
c) Sprutabsorberare, i vilka kontaktytan bildas genom sprutning av vätska i en gasmassa till små droppar. Kontaktytan bestäms av den hydrodynamiska regimen (vätskeflödeshastighet). Denna grupp inkluderar absorberare där vätskan atomiseras av munstycken (munstycke eller ihåliga absorberare), i en gasström som rör sig med hög hastighet (höghastighetsfördelare med direktflöde) eller roterande mekaniska anordningar (mekaniska atomiseringsabsorberare).
Ovanstående klassificering av absorptionsanordningar är villkorad, eftersom den inte så mycket avspeglar anordningens utformning som kontaktytans beskaffenhet. Samma typ av enhet, beroende på driftförhållanden, kan visas i olika grupper. Exempelvis kan packade absorberare fungera i både film- och bubblande lägen.I enheter med bubblande brickor är lägen möjliga när det sker en väsentlig sprutning av vätska och kontaktytan huvudsakligen bildas av droppar.
Tillämpningar av absorptionsprocesser
Användningsområdena för absorptionsprocesser inom den kemiska och närliggande industrin är mycket omfattande. Några av dessa områden listas nedan:
Erhålla en färdig produkt genom att absorbera gas i en vätska. Exempel är: SO3 -absorption vid svavelsyraproduktion; absorption av HC1 för att erhålla saltsyra; absorption av kväveoxider med vatten (produktion av salpetersyra) eller alkaliska lösningar (produktion av nitrater) etc. I detta fall utförs absorption utan efterföljande desorption.
Separation av gasblandningar för att isolera en eller flera värdefulla komponenter i blandningen. I detta fall bör den använda absorberaren ha största möjliga absorptionskapacitet i förhållande till komponenten som ska extraheras och eventuellt lägre i förhållande till andra beståndsdelar i gasblandningen (selektiv eller selektiv absorption).
I detta fall kombineras absorption vanligtvis med desorption i en cirkulär process. Exempel inkluderar absorption av bensen från koksugnsgas, absorption av acetylen från sprickbildning eller pyrolysgaser av naturgas, absorption av butadien från kontaktgasen efter sönderdelning av etylalkohol etc.
Gasrening från föroreningar av skadliga komponenter
Sådan rening utförs främst i syfte att avlägsna föroreningar som inte är tillåtna vid vidare bearbetning av gaser (till exempel rening av olja och koksugnsgaser från H2S, rening av en kväve-väteblandning för syntes av ammoniak från CO2 och CO, uttorkning av svaveldioxid vid produktion av kontaktsvavelsyra, etc. etc.). Dessutom utför de sanitär rengöring av avgaser som släpps ut i atmosfären (till exempel rengöring av rökgaser från SO2; rengöring av C12 -avgas efter kondensering av flytande klor; rengöring från fluorföreningar av gaser som släpps ut vid produktion av mineralgödsel, etc.).
I detta fall används vanligtvis den återvunna komponenten, därför isoleras den genom desorption eller lösningen skickas för lämplig behandling. Ibland, om mängden av den återvinningsbara komponenten är mycket liten och absorbatorn saknar värde, släpps lösningen ut i avloppet efter absorption.
Att fånga värdefulla komponenter från gasblandningen för att förhindra deras förluster, liksom av sanitära skäl, till exempel återvinning av flyktiga lösningsmedel (alkoholer, ketoner, etrar, etc.).
Det bör noteras att, tillsammans med absorption, andra metoder används för att separera gasblandningar, rena gaser och fånga värdefulla komponenter: adsorption, djupkylning, etc. Valet av en eller annan metod bestäms av tekniska och ekonomiska överväganden. Absorption är i allmänhet att föredra när mycket fullständig komponentåtervinning inte krävs.
rengöring av absorptionsgas
Materialbalans i absorptionsprocessen
Materialbalans och konsumtion av absorberande. Låt oss ta fasernas flödeshastigheter längs apparatens höjd för att vara konstanta och uttrycka innehållet i den absorberade gasen i relativa molkoncentrationer.
Låt oss beteckna: G - förbrukning av inert gas, kmol / sek; och inte Yk - initial och slutlig koncentration av absorbent i gasblandningen, kmol / kmol inert gas; förbrukning av absorberande, kmol / sek; dess koncentrationer Xn och Xk, kmol / kmol absorberande.
Då blir ekvationen för materialbalansen:
(1)
Därav den totala förbrukningen av absorbenten (i kmol / sek)
(2)
och dess specifika förbrukning (i kmol / kmol inert gas)
(3)
Denna ekvation kan skrivas om enligt följande:
(4)
Ekvation (4) visar att förändringen i koncentration i absorptionsapparaten sker i en rak linje och därför är absorptionsprocessens arbetslinje en rak linje med en lutningsvinkel, vars tangent är lika med ... Det finns ett bestämt samband mellan den specifika förbrukningen av absorbenten och apparatens dimensioner. Genom punkt B med koordinaterna Xn och Yk (figur 2) ritar vi, enligt ekvation (4), arbetslinjerna BA, BA1, BA2, BA3, motsvarande olika koncentrationer av absorbenten eller olika specifika kostnader. I detta fall kommer punkterna A, A1, A2, A3 att ligga på en horisontell linje i enlighet med den angivna initialkoncentrationen Yn av gas i blandningen.
Figur 2 - För bestämning av den specifika konsumtionen av absorberande
När det gäller lösningar med låg koncentration, för valfritt värde av X och det valda värdet, uttrycks processens drivkraft genom skillnaden mellan ordinaten YY *, avbildade av vertikala segment som förbinder motsvarande punkter på arbetslinjen och jämviktslinje.
För hela apparaten kan du ta medelvärdet? Yav, värden: som till exempel för arbetslinjen BA1 visas i figuren av segmentet? Yav1. Värdet på? Yav blir desto större, desto brantare är arbetslinjernas lutning och därför är den specifika förbrukningen av absorbenten. Om arbetslinjen VA sammanfaller med vertikalen, har processens drivkraft ett maximivärde, men den specifika förbrukningen av absorbenten blir oändligt stor (eftersom Xk = Xn). Om raden av arbetskoncentrationer BA3 vidrör jämviktslinjen, är den specifika förbrukningen av absorbenten minimal (l = lmin), och drivkraften vid kontaktpunkten är noll, eftersom arbetskoncentrationen vid denna punkt är lika med jämvikt ett. I det första fallet kommer absorptionsapparatens dimensioner att vara de minsta vid en oändligt stor flödeshastighet för absorbenten, i det andra är absorbentens flödeshastighet den minsta vid en oändligt stor storlek av apparaten. Således är båda fallen begränsande och praktiskt taget omöjliga.
I en verklig absorptionsapparat uppnås inte jämvikten mellan faserna och alltid Xk< Х*к, где Х*к - концентрация поглощаемого газа в жидкости, находящейся в равновесии с поступающим газом. Отсюда следует, что значение l всегда должно быть больше минимального значения lmin отвечающего предельному положению рабочей линии (линия BA3 на рисунке 2).
Lmin -värdet kan bestämmas med ekvation (3) när Xk ersätts med X * k:
(5)
Det bör noteras att en ökning av den specifika förbrukningen l av absorbenten samtidigt med en minskning av apparatens höjd leder till en viss ökning av dess diameter. Detta förklaras av det faktum att med en ökning av l ökar också absorbenten L: s förbrukning, och samtidigt, som visas nedan, minskar de tillåtna gashastigheterna i apparaten, med vilken dess diameter återfinns. Det är därför, i fall där den specifika förbrukningen av absorbenten inte specificeras av de tekniska förhållandena, dvs. när den slutliga koncentrationen Xk av absorbenten inte är specificerad, bör ett sådant förhållande väljas mellan absorptionsapparatens dimensioner och specifik förbrukning l av absorbenten, vid vilken värdet av l och apparatens dimensioner blir optimalt ...
Den optimala specifika förbrukningen av absorberns lopt kan endast hittas med hjälp av en teknisk och ekonomisk beräkning.
Slutsats
Problemen som jag stötte på vid utförandet av detta arbete är att det för närvarande fortfarande inte finns någon helt tillförlitlig metod för att bestämma massaöverföringskoefficienten genom beräkning eller på grundval av laboratorie- eller modellförsök. För vissa typer av enheter är det dock möjligt att hitta massöverföringskoefficienterna med tillräckligt hög noggrannhet med hjälp av beräkning eller jämförelsevis enkla experiment.
Ett annat inte oviktigt problem är valet av typ och dimensioner av absorbatorn (till exempel diameter och höjd), som bestäms genom beräkning baserat på de givna driftförhållandena (produktivitet, erforderlig grad av komponentåtervinning etc.). Beräkningen kräver information om processens statik och kinetik. Statiska data hittas från uppslagstabeller, beräknade med termodynamiska parametrar eller bestämda empiriskt. Kinetiska data beror till stor del på typen av apparat och dess driftssätt. De mest tillförlitliga är resultaten av experiment som utförts under samma förhållanden. I ett antal fall saknas sådana uppgifter, och man måste ta till beräkningar eller experiment.
Slutsats: absorptionsprocessen är för närvarande ett aktuellt ämne för den kemiska industrin, eftersom kombinationen av absorption med desorption gör det möjligt att återanvända absorbenten och separera den absorberade komponenten i sin rena form. Med ett sådant schema (cirkulär process) förbrukas inte absorbatorn, förutom några av dess förluster, och hela tiden cirkulerar genom absorber - desorber - absorbersystemet.
Bibliografi
1. E. Ignatovich. Kemiteknik. Processer och apparater. Del 2. Moskva: Technosphere, 2007.
... "Beräkning av absorptionskolumner av platta" utg. I A. Ivanova, Moskva, 1985.
... "Grundläggande processer och anordningar för kemisk teknik", designmanual, red. Yu.I. Dytnersky. M, "Kemi" 1991
K F. Pavlov, P.G. Romankov, A.A. Noskov. "Exempel och uppgifter för processer och anordningar för kemisk teknik." L., "Chemistry", 1976.
A.A. Lashchinsky, A.R. Tolchinsky. "Grunderna för konstruktion och beräkning av kemisk utrustning." M., 1968
Branschstandard OST 26-808-73.
Handledning
Behöver du hjälp med att utforska ett ämne?
Våra experter kommer att ge råd eller tillhandahålla handledningstjänster i ämnen som intresserar dig.
Skicka en förfrågan med angivelse av ämnet just nu för att ta reda på möjligheten att få en konsultation.
Ämne 3.3. Absorption 12h, inkl. labb. slav. och praktiskt. upptagen 6h
Studenten måste:
känna till:
Fysiska grunder och teori om absorptionsprocessen (balans mellan faser, principer för sammanställning av materialvärmebalansen, arbetslinjeekvation);
- förfarandet för att beräkna den packade och bubbelabsorbenten;
- essensen och metoderna för desorption;
kunna:
- utgör material- och värmebalansen;
- bestämma konsumtionen av absorbatorn;
- bygga en balanserad och fungerande linje i processen;
- bestämma absorbatorernas huvudsakliga dimensioner med hjälp av referensböcker.
Utnämning av absorption. Absorption vid separation av homogena gasblandningar och gasrening. Valet av absorberande. Fysisk absorption och absorption åtföljd av kemisk interaktion. Desorption.
Jämvikt mellan faser under absorption. Inverkan av temperatur och tryck på gasernas löslighet i vätskor. Materialbalans för processen och ekvationerna för arbetslinjen för absorption och desorption. Absorberande förbrukning. Värmebalans i absorptionen. Värmeavledning under absorption.
Absorption kallas processen för selektiv absorption av komponenter från gas- eller ånggasblandningar av flytande absorberare - absorbenter.
Absorptionsprincipen är baserad på olika löslighet för komponenterna i gas- och ånggasblandningar i vätskor under samma förhållanden. Därför utförs valet av absorbenter beroende på lösligheten för de absorberade komponenterna i dem, vilket bestäms av:
Fysisk och kemiska egenskaper gas- och vätskefaser;
· Processens temperatur och tryck;
När du väljer en absorbent är det nödvändigt att ta hänsyn till dess egenskaper såsom selektivitet (selektivitet) i förhållande till den absorberade komponenten, toxicitet, brandrisk, kostnad, tillgänglighet etc.
Skilj mellan fysisk absorption och kemisk absorption (kemisorption). Under fysisk absorption bildar den absorberade komponenten endast fysiska bindningar med absorbenten. Denna process är i de flesta fall reversibel. Separationen av den absorberade komponenten från lösningen - desorption - baseras på denna egenskap. Om den absorberade komponenten reagerar med absorbenten och bildar en kemisk förening kallas processen kemisorption.
Absorptionsprocessen är vanligtvis exoterm, d.v.s. åtföljs av frisättning av värme.
Absorption används i stor utsträckning inom industrin för att separera kolvätegaser vid oljeraffinaderier, erhålla saltsyra och svavelsyror, ammoniakvatten, rena gasutsläpp från skadliga föroreningar, separera värdefulla komponenter från sprickbildning eller metanpyrolysgaser, från koksugnsgaser etc.
Jämvikt i absorptionsprocesser bestäms av Gibbs -fasregeln (B.4), som är en generalisering av villkoren för heterogen jämvikt:
C = K - F + 2.
Eftersom absorptionsprocessen utförs i ett tvåfas (gas-vätska) och tre-komponent (ett distribuerbart och två fördelande komponenter) system, är antalet frihetsgrader tre.
Således kan jämvikten i gas- (ånga) -vätskesystemet kännetecknas av tre parametrar, till exempel temperatur, tryck och sammansättning av en av faserna.
Jämvikt i gas-vätskesystemet bestäms av Henrys löslighetslag, enligt vilken vid en given temperatur är molfraktionen av gas i lösning (löslighet) proportionell mot gasens partialtryck ovanför lösningen:
där p är gasens partialtryck ovanför lösningen; x är molkoncentrationen av gas i lösningen; E - proportionalitetskoefficient (Henrys koefficient).
Henrys lag gäller främst dåligt lösliga gaser, liksom lösningar med låga koncentrationer av mycket lösliga gaser i frånvaro av en kemisk reaktion.
Koefficient E har dimensionen av tryck, som sammanfaller med dimensionen av p, och beror på arten av det upplösande ämnet och temperaturen. Det visade sig att med en temperaturökning ökar lösligheten för en gas i en vätska. När en blandning av gaser är i jämvikt med en vätska kan var och en av komponenterna i blandningen följa Henrys lag separat.
Eftersom den termiska effekten som åtföljer absorptionsprocessen påverkar positionen för jämviktslinjen negativt, måste den beaktas i beräkningarna. Mängden värme som frigörs under absorptionen kan bestämmas utifrån beroendet
där q d är differentialvärmen för upplösning inom gränserna för koncentrationsförändring x 1 - x 2; L är mängden absorberande.
Om absorption utförs utan värmeavlägsnande, kan det antas att all frigjord värme går till uppvärmning av vätskan, och temperaturen på den senare stiger med en mängd
där c är lösningens värmekapacitet.
För att sänka temperaturen kyls den ursprungliga gasblandningen och absorbenten genom att avlägsna värmen som frigörs under absorptionsprocessen med hjälp av inbyggda (interna) eller externa värmeväxlare.
Deltrycket för den upplösta gasen i gasfasen, motsvarande jämvikt, kan bestämmas med Daltons lag enligt vilket partialtrycket för en komponent i en gasblandning är lika med det totala trycket multiplicerat med molfraktionen av denna komponent i blandningen, d.v.s.
var R- gasblandningens totala tryck; y är molkoncentrationen av gasen fördelad i blandningen.
Jämförelse av ekvationer (10.2) och (10.1) hittar vi
där A = E / P är den fasjämviktskonstant som är tillämplig på domänerna i Henrys och Daltons lagar.
Låt P ab - det rena absorbentets ångtryck under absorptionsförhållandena; p ab är det partiella ångtrycket för absorbenten i lösningen; P är det totala trycket; x är den molära fraktionen av den absorberade gasen i lösningen; y är molfraktionen av den distribuerade gasen i gasfasen; y ab är den molära fraktionen av absorbenten i gasfasen.
Enligt Raoults lag är partialtrycket för en komponent i lösning lika med ångtrycket för den rena komponenten multiplicerat med dess molfraktion i lösning:
Enligt Daltons lag (10.2) är det totala trycket för absorbenten i gasfasen
I jämvikt
Analys av de faktorer som påverkar jämvikten i gas (ånga) - vätskesystem gjorde det möjligt att fastställa att parametrarna som förbättrar absorptionsförhållandena inkluderar högt tryck och låg temperatur, och faktorerna som främjar desorption är lågt tryck, hög temperatur och introduktion till de absorberande tillsatserna som minskar gasernas löslighet i vätskor.
Materialbalans absorptionsprocessen uttrycks av differentialekvationen
där G är gasblandningens flöde (inert gas), kmol / s; L - absorberande flöde, kmol / s; Y n och Y till - det initiala och slutliga innehållet av det distribuerade ämnet i gasfasen, kmol / kmol inert gas; X till och X n - det initiala och slutliga innehållet av den distribuerade substansen i absorbenten, kmol / kmol av absorbenten; M är mängden av ämnet som ska distribueras överfört från G -fasen till L -fasen per tidsenhet, kmol / s.
Från materialbalansekvationen (10.9) kan du bestämma den totala förbrukningen av absorbenten
Absorptionsprocessen kännetecknas också av extraktionsgraden (absorption), vilket är förhållandet mellan den mängd som faktiskt absorberas av komponenten och den mängd som absorberas under dess fullständiga extraktion,
Kinetik i processen absorption kännetecknas av tre huvudsteg, som motsvarar schemat som visas i fig. 9.4.
Det första steget är överföringen av molekyler av den absorberade komponenten från kärnan i gasflödet (ånga) till gränssnittet (vätskeyta).
Det andra steget är diffusionen av molekylerna i den absorberade komponenten genom vätskans ytskikt (fasgränssnitt).
Det tredje steget är övergången av molekylerna i den absorberade substansen från gränssnittet till huvuddelen av vätskan.
De kinetiska absorptionsmönstren motsvarar den allmänna ekvationen för massöverföring för tvåfassystem:
Det har experimentellt fastställts att det andra steget i absorptionsprocessen fortsätter med en högre hastighet och inte påverkar processens totala hastighet, begränsad av hastigheten för det långsammaste steget (första eller tredje).
Drivkraften för absorptionsprocessen för steg I och III i ekvationer (10.5a) och (10.6a) kan uttryckas i termer av andra parametrar:
I ekvationerna (10.5b) och (10.6b) p är det arbetande partialtrycket för den distribuerade gasen i gasblandningen; p är lika med jämviktsgastrycket ovanför absorbenten, motsvarande arbetskoncentrationen i vätskan; C är den arbetande volymetriska molära koncentrationen av gasen som fördelas i vätskan; С lika - jämvikt volymetrisk molkoncentration för den fördelade gasen i vätskan, motsvarande dess arbetande partialtryck i gasblandningen.
Med detta uttryck för absorptionsprocessens drivkraft tar ekvationen för jämviktsberoendet formen
där Ψ är proportionalitetskoefficienten, kmol / (m 3 * Pa).
Massöverföringskoefficienterna uttrycks för ekvationer (10,5a) och (10,6a) i formen
för ekvationer (10.5b) och (10.6b)
I ekvationerna (10.7) och (10.8) β y, β p är massöverföringskoefficienterna från gasflödet till fasernas kontaktyta; β x, β MED- massöverföringskoefficienter från faskontaktytan till vätskeflödet.
Massöverföringskoefficienterna för gas och vätska β y och β x kan bestämmas utifrån kriterieekvationer med formen:
för gasfasen Nu diff у = f* (Re, Pr diff y);
för vätskefasen Nu diff x = f* (Re, Pr diff x).
Värdet på koefficienten Ψ har en signifikant effekt på kinetiken i absorptionsprocessen. Om Ψ har höga värden (komponentens höga löslighet - diffusionsresistansen är koncentrerad i gasfasen), då 1 / (β c * Ψ)< 1/β р или К Р ≈ β р. Если Ψ мало (извлекаемый компонент трудно растворим – диффузионное сопротивление сосредоточено в жидкой фазе), то Ψ/β р << 1/β с и можно считать К с ≈ β с
Precis som för massförändringsprocesser vid L / G = const, är absorptionsprocessens arbetslinjer raka och beskrivs i fallet med motflöde genom ekvation (9.4) och framåtflöde med ekvation (9.5).
Den genomsnittliga drivkraften i ekvationer (10.5a) och (10.6a) bestäms vid ett rätlinjigt jämviktsberoende genom komponenternas relativa molkoncentrationer enligt beroenden (9.6) och (9.7).
Samma beroende kan användas när man uttrycker absorptionsprocessens drivkraft när det gäller de partiella trycken hos den fördelade komponenten i gasen eller de volymetriska molkoncentrationerna av samma komponent i vätskan i ekvationer (10.5b) och (10.6b )
Här Δр max, Δр min - större och mindre värden på drivkraften i början och slutet av absorptionsprocessen, uttryckt genom skillnaden i partialtrycket för den absorberade komponenten; ΔС max, ΔС min - större och mindre värden på drivkraften i början och slutet av absorptionsprocessen, uttryckt i volymetrisk molkoncentration av den absorberade komponenten i vätskan.
När det gäller Δp max / Δp min ≤ 2, ΔC max / ΔC min ≤ 2, medan linjäriteten i jämviktsförhållandet bibehålls, kan den genomsnittliga drivkraften för absorptionsprocessen vara lika med det aritmetiska medelvärdet för dessa värden.
När absorptionsprocessen genomförs, åtföljd av en kemisk reaktion (kemisorption), som sker i vätskefasen, passerar en del av komponenten som ska distribueras till ett kemiskt bundet tillstånd. Som ett resultat minskar koncentrationen av den upplösta (fysiskt bundna) fördelade komponenten i vätskan, vilket leder till en ökning av processens drivkraft jämfört med rent fysisk absorption.
Kemisorptionshastigheten beror på både massöverföringshastigheten och hastigheten för den kemiska reaktionen. I detta fall särskiljs diffusions- och kinetiska regioner för kemisorption. I diffusionsområdet bestäms processens hastighet av massöverföringshastigheten, i den kinetiska regionen, av hastigheten för den kemiska reaktionen. I de fall då hastigheterna för massöverföring och reaktion är jämförbara fortsätter kemisorptionsprocesser i en blandad eller diffusionskinetisk region.
Vid beräkning av kemisorption kan massöverföringskoefficienten i vätskefasen, som tar hänsyn till den kemiska reaktionen β 'x i den, uttryckas i termer av massöverföringskoefficienten under fysisk absorption β x, med hänsyn tagen till massaöverföringsaccelerationsfaktor F m, visar hur många gånger absorptionshastigheten kommer att öka på grund av förekomsten av en kemisk reaktion:
β ′ х = β х * Ф m
Fm -faktorn bestäms av grafiska beroenden.
